基于BP神经网络的直接空冷凝汽器换热性能预测_高建强
有 关 ．对 于 特 定 机 组 ，其 直 接 空 冷 凝 汽 器 的 结 构 参 数
热模型计算，其结果 将 不 能 真 实 反 映 直 接 空 冷 凝 汽 器的换热性能．若采 用 直 接 空 冷 凝 汽 器 冷 端 模 型 进 行 计 算 ，根 据 散 热 量 的 大 小 来 推 导 传 热 系 数 ，在 计 算 过 程 中 涉 及 参 数 多 ，一 些 参 数 很 难 准 确 测 量 ，因 此 计 算得到的传热系数有时会存在很大误差［２－３］，以 此 模 型来判断直接空冷凝汽器的换热性能会明显偏离设 备的实际运行状况．
式中：Ｄｎ 为汽轮机排汽 量；ＡＦ 为 迎 风 面 面 积；ｖＮＦ为 迎面风 速；ρ 为 空 气 密 度；ｃｐ 为 空 气 比 定 压 热 容；ｔａ１ 为空气进口温 度；ｔｓ 为 直 接 空 冷 凝 汽 器 内 工 质 的 饱 和温度；ｈｃ 为排汽焓；ｈｓ 为凝结水焓．
综上 所 述，空 冷 凝 汽 器 传 热 系 数 的 影 响 因 素 较
算 空 冷 凝 汽 器 传 热 系 数 ，进 而 预 测 其 换 热 性 能 ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｒｅｃｔａｉｒ－ｃｏｏｌｅｄｃｏｎｄｅｎｓｅｒ （ＤＡＣＣ） ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＤＡＣＣｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｃｏ－ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｕｎｉｔｌｏａｄ，ｅｘｈａｕｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｅｘｈａｕｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｉｎｌｅｔ／ ｏｕｔｌｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＤＡＣＣａｓｉｎｐｕｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｓｏｕｔ－ ｐｕｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗｉｔｈａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｄａｔａ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｍｏｄｅｌｈａｓａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｔｈｅｒｅｆｏｒｅｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｏｎ－ ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＤＡＣＣｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔａｉｒ－ｃｏｏｌｅｄｃｏｎｄｅｎｓｅｒ；ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ｈｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｆａｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙ
动力工程学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
文 章 编 号 ：１６７４－７６０７（２０１３）０６－０４４３－０５ 中 图 分 类 号 ：ＴＭ６２１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 学 科 分 类 号 ：４７０．１０
１．２ 换 热 模 型 分 析 根据 管 内 外 换 热 理 论、单 排 蛇 形 扁 平 管 结 构 的
式中：αｉ 为 管 内 对 流 传 热 系 数；αｏ 为 管 外 对 流 传 热
此，采用 ＢＰ 神 经 网 络 模 型 可 以 克 服 目 前 计 算 空 冷
凝 汽 器 传 热 系 数 时 ，部 分 所 需 参 数 无 法 测 量 、参 数 计
器管外污垢热 阻；λ 为 管 子 传 热 系 数；δ 为 空 冷 凝 汽
ＢＰ 神经网络的结构分为输入层、隐含层和输出 层，当信号输入时，输 入 信 息 从 输 入 层 传 到 隐 含 层， 经过隐含层节点的 激 励 函 数 作 用 后，再 把 隐 含 层 节 点的输出信号传向 输 出 层，经 过 输 出 层 处 理 后 最 终 给出网络的输出值 ． ［１０－１３］ ２．１ 输 入 输 出 参 数 选 择
摘要：通过对直接空冷凝汽器传热系 数 计 算 过 程 的 分 析，以 直 接 空 冷 机 组 负 荷、排 汽 压 力、凝 结 水 温 度 、排 汽 温 度 、空 气 入 口 温 度 、空 气 出 口 温 度 为 输 入 参 数 ，以 直 接 空 冷 凝 汽 器 的 传 热 系 数 和 迎 面 风速为输出参数，将理论模型与实际运行数据相结合，采用 ＢＰ 神 经网络 方 法 建 立 了一 种 新 的 直接 空冷凝汽器换热性能的预测模型．结 果 表 明：该 ＢＰ 神 经 网 络 模 型 预 测 得 到 的 参 数 精 度 较 高，可 用 于直接空冷凝汽器换热性能的在线监测． 关键词：直接空冷凝汽器；ＢＰ 神经网络；传热系数；迎面风速
对 于 一 确 定 的 机 组 ，其 凝 汽 器 结 构 参 数 已 知 ，可
由式（１）及 相 关 经 验 公 式 计 算 传 热 系 数 Ｋ．但 计 算
过 程 需 要 各 工 况 下 管 壁 内 、外 污 垢 热 阻 ，而 污 垢 热 阻
收 稿 日 期 ：２０１２－０９－０６ 修 订 日 期 ：２０１２－１１－１９ 作 者 简 介 ：高 建 强 （１９６６－），男 ，河 北 定 州 人 ，教 授 ，博 士 ，研 究 方 向 为 ：系 统 建 模 与 仿 真 工 作 ．
王 艳 （通 信 作 者 ），女 ，硕 士 研 究 生 ，电 话 （Ｔｅｌ．）：；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｙａｎ２０１００１＠１６３．ｃｏｍ．
在 凝 汽 器 结 构 参 数 已 知 的 情 况 下 ，利 用 式 （２）计
算 传热系数 Ｋ 时，无法在线测量 Ｄｎ 和ｈｃ，一定要通过 整 个 或 局 部 热 力 系 统 分 析 计 算 间 接 得 到［９］，其 计 算
线 测 量 ，因 此 利 用 式 （１）不 能 满 足 在 线 计 算 直 接 空 冷
采用ε－ＮＴＵ 法对 空 冷 凝 汽 器 传 热 过 程 进 行 分 析［７－８］，能够获得其传热系数 Ｋ 的另一种表达式：
直接空冷系统运行经济性的高低与空冷凝汽器 的换热性能密切相 关，在 一 定 的 运 行 条 件 和 环 境 温 度下，直接空冷凝汽 器 的 换 热 性 能 通 常 可 用 其 传 热 系数来表征．直接空 冷 凝 汽 器 的 传 热 系 数 可 根 据 空 冷凝汽器的结构参 数 和 设 计 工 况，由 换 热 模 型 计 算 得到．但此模型适用 于 直 接 空 冷 凝 汽 器 的 设 计 和 校 核 计 算 ，对 于 已 经 运 行 一 段 时 间 的 机 组 ，由 于 管 束 内 外 污 垢 热 阻 大 小 很 难 测 量 和 计 算［１］，若 还 利 用 该 换
项目 基管尺寸 基管壁厚 翅片尺寸 翅片厚度 数值 ２１９×１９ １．５ １９０×１９ ０．２５
新方法．通过建立 ＢＰ 神经 网 络 预 测 模 型，将 运 行 数 据和理论计算模型 相 结 合，得 到 换 热 器 性 能 参 数 和 预测所需的数据样本，并进行网络训练［４］．利用 训 练 好的神经网络对迎 面 风 速 和 传 热 系 数 进 行 预 测，可 计算得到不同运行工况下空冷凝汽器的传热系数， 从而判断空冷凝汽 器 换 热 性 能 的 优 劣 变 化 规 律，便 于确定清洗周期．
图 １ 空 冷 凝 汽 器 的 顺 、逆 流 结 构 示 意 图 Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＤＡＣＣｃｏ－ｃｕｒｒｅｎｔａｎｄ
表 １ 单 排 管 基 本 参 数 Ｔａｂ．１Ｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｒｏｗｔｕｂｅ
１．１ 凝 汽 器 的 结 构 山西 某 ３００ ＭＷＣＦＢ 直 接 空 冷 机 组 的 空 冷 平
台高３４ｍ，并在平台四面布置高约１０ｍ 的挡风墙， 直接空冷凝汽器由６ 列 ４ 排 共 ２４ 个 空 冷 凝 汽 器 单 元组成．每列凝汽器包 括 ３ 个 顺 流 单 元 和 １ 个 逆 流 单 元 ，如 图 １ 所 示 ．一 个 单 元 有 一 个 与 之 匹 配 的 轴 流 风 机 ，风 机 直 径 为 １０．３６３ ｍ，转 速 为 ７８ｒ／ｍｉｎ，采 用 变 频 调 节 ，风 机 有 ６ 片 叶 片 ．凝 汽 器 由 两 面 单 排 翅 片 管管束组成，呈“Ａ”型结构上的布局，翅片管管 束 组 成 的 换热 面 与 水 平 面 成 ６０°夹 角，空 冷 凝 汽 器 散 热 面 积 为 ７９３６９２ ｍ２ ，采 用 的 单 排 管 基 本 参 数 如 表 １ 所 示 ．
凝 结 水 温 度 、迎 面 风 速 、入 口 风 温 和 出 口 风 温 等 参 数
根据 传 热 学 原 理，迎 面 风 速 是 影 响 传 热 系 数 的
ＢＰＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｎＨｅａｔ－ｔｒａｎｓｆｅｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ＤｉｒｅｃｔＡｉｒ－ｃｏｏｌｅｄＣｏｎｄｅｎｓｅｒｓ
ＧＡＯＪｉａｎｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙ，ＰｏｗｅｒａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
